Čistenie povrchov pomocou fotokatalytických reakcií TiO2: SIMS analýza

Nanokryštalický oxid titaničitý (nc-TiO₂) je polovodičový fotokatalyzátor, ktorý má samočistiace vlastnosti. Po ožiarení povrchu TiO₂ UV žiarením vznikajú veľmi reaktívne častice – radikály. Tieto môžu následne rozkladať iné látky nachádzajúce sa na povrchu nc-TiO₂, hlavne organické znečistenie. Aby tento proces prebiehal efektívne, musí byť nc-TiO₂ aktivovaný UV svetlom s dostatočnou intenzitou a vhodnou vlnovou dĺžkou. [1] V tejto práci sme sa zamerali na sledovanie degradácie cholesterolu, ako modelového príkladu organického znečistenia povrchu, na povrchu nc-TiO₂. [2] Cholesterol je základnou stavebnou jednotkou bunkovej steny baktérií a preto je dôležité zistiť ako rýchlo je možné ho rozkladať. Následne sa dá predpokladať ako sa dá čistiť povrch aj od bakteriálneho znečistenia.

Tenké filmy z nc-TiO₂ boli pripravené sedimentáciou nanoprášku na kremenné sklo. Tento typ skla bol vybraný z dôvodu, že prepúšťa svetlo aj v UV oblasti s dostatočnou intenzitou. Preto bolo možné systém cholesterol/nc-TiO₂/sklo ožarovať z hornej strany (zo strany cholesterolu) a aj zo spodnej strany (zo strany skla). Na analýzu produktov degradácie cholesterolu sme používali metódu hmotnostnej spektrometrie sekundárnych iónov (SIMS). Po ožarovaní UV LED diódou s vlnovou dĺžkou 365 nm každých 15 minút po dobu 2 hodín sme porovnávali intenzity vybraných píkov, zodpovedajúcim fragmentom cholesterolu po ožarovaní z hornej a zo spodnej strany.

V hmotnostných spektrách je dobre stanovená závislosť znižovania intenzity píkov zodpovedajúcim fragmentom [M–OH]⁺, [M–H]⁺ a [M–CH₃]⁺, v závislosti od dĺžky ožarovania vzoriek UV svetlom (Obr. 1). Porovnaním intenzít píkov pri ožarovaní z hornej strany a zo spodnej strany je zrejmé, že pri ožarovaní zo spodnej strany je pokles o niečo menší, čo môže byť spôsobené znížením intenzity svetla prechodom cez vrstvu kremenného skla a tiež vrstvu nc-TiO₂. Keďže však toto zníženie nie je  veľmi veľké, je možné aj tento spôsob využívať na efektívnu degradáciu organických nečistôt na povrchu. Tento spôsob má výhodu v tom, že pri ožarovaní zo spodnej strany sa vylúči vplyv UV žiarenia na degradáciu niektorých látok na povrchu. Pri ožarovaní zospodu sa taktiež eliminuje možnosť zatienenia povrchu TiO₂ v prípade že by bolo znečistenia až tak veľké, že by zabraňovalo aktivácii TiO₂. 

Táto práca vznikla za podpory grantov ERDF OP R&D, Project ‘meta-QUTE- Centrum excelentnosti kvantových technológií’, APVV-0491-07 a UK/66/2012.

[1] Fujishima, Hashimoto, Watanabe, TiO₂. Photocatalysis, Fundamentals and Applications, BKC, Inc., 1999, ISBN 4-969051-03-X.
[2] Prochazka, M., Stupavska, M., Jerigova, M. , Velic, D., Surf. Interface Anal., 2013, 45: 22–26. doi: 10.1002/sia.5120